Syntéza a detekcia dimetylsilikónového oleja s nízkou-viskózou: proces, vlastnosti a analýza aplikácie
Dimetylsilikónový olej s nízkou{0}}viskózou sa zvyčajne vzťahuje na lineárne polydimetylsiloxány s kinematickou viskozitou nižšou ako 100 cSt (centistokes) pri 25 stupňoch, niekedy dokonca až 0,65 cSt. Vďaka extrémne nízkemu viskozitnému-teplotnému koeficientu, vynikajúcej klzkosti, vysokému bodu vzplanutia, dobrej chemickej stabilite a hydrofóbnosti sa široko používa v kozmetike, výrobkoch osobnej starostlivosti, textíliách, elektronike, medicíne a priemysle ako mazivo, odpeňovač, prostriedok na odpeňovanie, dielektrická kvapalina a základný olej. Tento článok sa ponorí do hlavných procesov syntézy a kľúčových metód kontroly kvality a testovania.
Proces syntézy -dimetylsilikónového oleja s nízkou viskozitou
Podstata syntézy dimetylsilikónového oleja s nízkou{0}}viskózou spočíva v riadení dĺžky molekulárneho reťazca polydimetylsiloxánu (PDMS). Čím kratší je molekulárny reťazec, tým nižšia je viskozita produktu. Priemyselne sa používajú hlavne tieto dve metódy:
1. Kyselinou-katalyzovaná rovnovážna metóda
Toto je v súčasnosti najbežnejšia, najhospodárnejšia a najúčinnejšia metóda priemyselnej výroby na domácom aj medzinárodnom trhu.
Hlavné suroviny:
Dimetyldichlórsilán ((CH3)₂SiCl₂): Hlavná surovina.
Hexametyldisiloxán (MM)((CH3)₃SiOSi(CH₃)₃): koncové-činidlo používané na kontrolu koncov molekulových reťazcov a presnú reguláciu molekulovej hmotnosti a viskozity konečného produktu.
Trimetylchlórsilán ((CH3)₃SiCl): Môže sa použiť aj ako koncové -činidlo.
Koncentrovaná kyselina sírová alebo kyslý íl: Ako katalyzátor.
Princíp a postup procesu:
Hydrolýza: Dimetyldichlórsilán podlieha prudkej hydrolytickej reakcii s vodou, pričom vzniká zmes lineárnych alebo cyklických siloxánov (DMC) zakončených hydroxylovou skupinou (DMC) a plynného chlorovodíka.
Kyselinou-katalyzovaná rovnováha/presusporiadanie: Produkt hydrolýzy, koncové{1}}činidlo (MM) a katalyzátor (ako je koncentrovaná kyselina sírová) sa pridajú do reakčnej nádoby v presnom pomere a miešajú sa pri určitej teplote (zvyčajne 50-80 stupňov). Počas tohto procesu kyselina sírová rozbije väzby Si-O-Si a spôsobí ich rekombináciu, čím sa nakoniec dosiahne chemická rovnováha v prítomnosti koncového činidla.
Presná kontrola: Úpravou pomeru koncového -činidla (MM) k produktu hydrolýzy (DMC) možno presne kontrolovať dĺžku polymérneho reťazca v rovnovážnom systéme. Vyšší pomer MM má za následok kratšie polymérne reťazce a nižšiu viskozitu produktu.
Neutralizácia a premývanie: Po reakcii sa zvyšková kyselina v systéme neutralizuje hydrogénuhličitanom sodným alebo vodou a systém sa opakovane premýva vodou do neutrálnej reakcie, aby sa odstránili soli a zvyšky katalyzátora.
Odstránenie zlúčenín s nízkym -bodom varu-: Za zníženého tlaku a podmienok zahrievania sa oddestilujú nezreagované zlúčeniny s nízkym -bodom varu-, ako sú MM, D3 (hexametylcyklotrisiloxán) a D4 (oktametylcyklotetrasiloxán). Tieto vedľajšie produkty je možné recyklovať.
Filtrácia: Nakoniec sa po jemnej filtrácii získa číry, priehľadný a jednotný dimetylsilikónový olej s nízkou{0}}viskózou.
2. Alkalická-katalyzovaná kruhová-polymerizácia
Táto metóda sa používa hlavne na prípravu silikónových olejov so špecifickými viskozitami z cyklických siloxánov (ako je D4).
Princíp procesu: V prítomnosti alkalického katalyzátora (ako je hydroxid draselný alebo hydroxid tetrametylamónny) sa Si-O väzby cyklického D4 otvoria a dôjde k polymerizačnej reakcii s uzatváracím činidlom (ako je MM) za vzniku lineárneho PDMS.
Charakteristika: Reakčné podmienky sú mierne a distribúcia molekulovej hmotnosti produktu je relatívne úzka. Následná-úprava katalyzátora (vyžadujúca vysokoteplotný rozklad a odstránenie) je však pomerne ťažkopádna a samotná surovina D4 sa zvyčajne získava hydrolýzou dimetyldichlórsilánu. Preto je z hľadiska celkových nákladov menej ekonomická ako kyslá-katalyzovaná rovnovážna metóda.
Kľúčové testovanie výkonu dimetylsilikónového oleja s nízkou-viskózou
Aby sa zabezpečilo, že produkt spĺňa prísne požiadavky rôznych oblastí použitia, je potrebné vykonať sériu presných testov na nízkoviskóznom dimetylsilikónovom oleji.
1. Kinematická viskozita
Toto je najdôležitejší ukazovateľ, ktorý priamo odráža molekulovú hmotnosť produktu.
Testovacia norma: GB/T 265 / ASTM D445
Metóda: Pomocou kapilárneho viskozimetra sa pri konštantnej teplote (zvyčajne 25 stupňov alebo 40 stupňov) meria čas potrebný na to, aby určitý objem vzorky pretiekol cez kalibrovanú kapiláru. Vypočíta sa hodnota kinematickej viskozity (jednotka: cSt).
2. Index lomu
Index lomu je dôležitý fyzikálny parameter charakterizujúci čistotu a štruktúrne vlastnosti látky. Pre dimetylsilikónový olej má jeho hodnota jasnú korešpondenciu s dĺžkou a štruktúrou molekulového reťazca.
Testovacia norma: GB/T 614 / ASTM D1218
Metóda: Merané pomocou Abbeho refraktometra pri 25 stupňoch. Kvalifikovaný nízkoviskózny dimetylsilikónový olej by mal mať stabilný a štandardný index lomu (napr. približne 1,390-1,410 pri 25 stupňoch).
3. Bod vzplanutia Bod vzplanutia je rozhodujúci pre bezpečné skladovanie, prepravu a používanie produktu. Hoci silikónové oleje s nízkou viskozitou majú nízku viskozitu, ich stabilná molekulárna štruktúra má zvyčajne za následok oveľa vyšší bod vzplanutia ako u minerálnych olejov s ekvivalentnou viskozitou.
Testovacia norma: GB/T 3536 / ASTM D92
Metóda: Pomocou Clevelandského-pohárového prístroja na meranie bodu vzplanutia sa vzorka zahrieva za špecifikovaných podmienok a meria sa najnižšia teplota, pri ktorej sa jej para zmiešané so vzduchom vznietia pri kontakte s otvoreným plameňom.
4. Prchavé látky Tento indikátor meria percento úbytku hmotnosti produktu v podmienkach zahrievania, čo priamo ovplyvňuje jeho stabilitu a životnosť pri vysokoteplotných-aplikáciách.
Testovacia norma: GB/T 11999 / ASTM D2595
Metóda: Určité množstvo vzorky sa zahrieva pri určitej teplote (napr. 150 stupňov) počas určitého času (napr. 24 hodín) a obsah prchavých látok sa stanoví výpočtom hmotnostného rozdielu pred a po zahriatí.
5. Číslo kyslosti
Číslo kyslosti vyjadruje obsah zvyškových kyslých katalyzátorov (ako je kyselina sírová) v produkte. Príliš vysoké hodnoty kyselín môžu spôsobiť koróziu alebo nestabilitu produktu.
Testovacia norma: GB/T 7304 / ASTM D974
Metóda: Na titráciu kyslých látok vo vzorke štandardným alkalickým alkoholovým roztokom sa používa potenciometrická titračná alebo indikátorová metóda.
6. Farba
Farba je priamym odrazom vzhľadu a čistoty produktu. Dimetylsilikónový olej vysokej-čistoty a nízkej{2}}viskózy by mal byť „bezfarebný a priehľadný“.
Testovacia norma: GB/T 3143 / ASTM D1209
Metóda: Porovnanie sa vykoná pomocou štandardného roztoku platinovej-kobaltovej farby. Vo všeobecnosti by číslo farby nemalo presiahnuť určitú hodnotu (napr. číslo 10).
Záver
Syntéza -dimetylsilikónového oleja s nízkou viskozitou je veda o presnej kontrole molekulárnej štruktúry. Kyselinou-katalyzovaná rovnovážna metóda dominuje vďaka nízkej cene, vyspelej technológii a jednoduchému ovládaniu. Komplexný systém testovania kvality je základným kameňom pre zabezpečenie stabilného výkonu a splnenie potrieb nadväzujúcich aplikácií. Prísnou kontrolou kľúčových ukazovateľov, ako sú viskozita, index lomu a bod vzplanutia, môžu výrobcovia poskytovať zákazníkom vysoko{5}}výkonné a spoľahlivé produkty a spoločne propagovať ich inovácie a aplikácie v oblastiach špičkových{6}}technológií, ako sú napríklad každodenné chemikálie, textil a elektronika.
